кокс для металлургии что это
Что такое кокс металлургический — как получают и где используется
Кокс представляет собой остаток, который формируется в результате сильного нагрева какого-либо органического материала без доступа воздуха. Подобную процедуру термической переработки твердого или жидкого топлива называют коксованием. В ходе такой обработки увеличивается концентрация углерода в исходном материале, а содержание влаги и различных примесей уменьшается. Остаток, полученный на выходе, затем применяют в качестве качественного промышленного топлива.
Кокс в металлургии это достаточно твердый продукт темного (серого либо черного) цвета, имеющий пористое строение. Получают его путем обработки каменного угля без доступа атмосферного воздуха при рабочей температуре от 950 до 1100 градусов Цельсия.
Свойства и состав кокса
Характеристикой составляющих кокса служит соотношение различных химических веществ и наличие минеральных примесей в органическом материале. В зависимости от месторождения природного сырья (угля) состав кокса в процентном соотношении может быть не одинаков.
В целом он выглядит так:
Точной химической формулы для кокса не существует, поэтому применяют общие характеристики. Следует отметить, что в процессе хранения и перевозки кокса его основные свойства, характеристики и соотношение компонентов не изменяются.
В перечень важных физических показателей кокса входит:
Свойства и структура конечного материала напрямую зависят от применяемой угольной смеси, температуры рабочей среды, скорости разогрева коксующейся массы. Прочный и устойчивый к истиранию каменноугольный кокс получают путем повышения температуры на последней стадии при его производстве.
Увеличение продолжительности времени обработки и снижение скорости разогрева массы приводит к формированию более крупных фракций кокса. Большое количество газовых сортов угля в шихте приводит к повышению пористости и снижению прочности конечного продукта. Для повышения горючести кокса в шихту вводят сорта угля, отличающиеся низкой степенью метаморфизма, снижают рабочую температуру и длительность последнего этапа обработки.
Одним из важных показателей служит пористость материала. В перечень его слабых мест входят трещины, поры различного размера, а также спекшиеся включения. Эти дефекты естественным образом оказывают влияние на твердость конечного продукта.
Наличие и размер пор определяет горючесть кокса, а этот показатель имеет большое значение при применении. Рабочая температура, возникающая при сжигании кокса, должна соответствовать требованиям технологии и быть постоянной в течение всего производственного цикла. В противном случае нестабильность разогрева доменной печи повлечет за собой различные дефекты, отрицательно влияющие на качество конечной продукции литейного производства.
Трещины, которые ослабляют поры, считаются более серьезным дефектом при оценке качества кокса. Они серьезно ухудшают показатель твердости топлива, что отрицательно влияет на его технические характеристики. Кокс для литейного производства тщательно отбирают с учетом этих показателей. В целях улучшения качества кокса для металлургии при выборе сырья для его производства учитывают состав и фракции исходных материалов. Кроме того, большое внимание уделяют определению рабочей температуры и продолжительности периода обработки.
Применение кокса
Каменноугольный кокс используют как эффективное и бездымное топливо при выплавке чугуна, для восстановления железной руды, в качестве разрыхлителя шихты.
Различают два вида кокса:
В литейных цехах данный материал применяют в качестве ваграночного топлива для специальных печей. Возможно применение кокса в качестве топлива в быту, а специальные виды предназначены для химической отрасти и производства ферросплавов.
Нефтяной кокс, применение которого при изготовлении термостойких деталей основано на инертности, используют для выпуска электродов, проводников, деталей, предназначенных для агрессивной химической среды.
Для восстановления железной руды, выплавки чугуна, производства активированного угля применяют иногда торфяной кокс, схожий по химическому составу с каменноугольным аналогом.
Пековый кокс нужен для изготовления анодов. Кроме того, он востребован в цветной металлургии.
Особенности металлургического кокса
Выглядит кокс как россыпи твердых фракций различного размера, цвет материала варьируется от черного до темно-серого цвета. Топливо обладает пористой структурой. Примечательно, что плотность кокса разделяют на кажущуюся (примерно 1 г/см3) и истинную (1,80-1,95 г/см3). Этот показатель напрямую зависит от исходного сырья и особенностей технологического процесса производства. Большое содержание газовых углей в шихте позволяет получить менее плотный продукт с хорошей воспламеняемостью.
Повысить прочность топлива возможно путем уменьшения рабочей температуры коксования до 950 градусов. Металлургический кокс различается по составу сырья в зависимости от конечного назначения. Топливо для плавки чугуна разительно отличается от того, что требуется для литейного производства в ваграночных печах.
Наиболее востребованным в металлургическом производстве является литейный кокс. Технические требования к нему регламентированы ГОСТ 3340-88. Размер отдельных фракций колеблется от 60 до 80 мм. Эта разновидность кокса востребована на производстве различных марок стали, ферросплавов, различных отраслях машиностроения и тяжелой промышленности.
К достоинствам литейного кокса необходимо отнести:
В ферросплавном производстве востребовано топливо, отличающееся мелким размером отдельных фракций (от 10 до 25 мм). По этому показателю литейный кокс не соответствует технологическим требованиям. Учитывая отличные качественные характеристики, для производства ферросплавов применяют отходы литейного кокса (побочные продукты).
Производство кокса
Это очень важная отрасль, объем которой, согласно статистике, ежегодно достигает 27 миллионов тонн. Именно такое количество требуется для удовлетворения запросов литейного производства и металлургии.
Получают кокс путем нагревания исходного сырья без доступа воздуха. Технология основана на гидролизе, конечной целью которого является процесс отделения углерода от иных веществ, имеющихся в составе используемого угля.
Делают кокс из угля:
Наиболее дорогостоящим вариантом сырья является коксующийся уголь.
Для перевозки угля используют насыпные вагоны, которые при необходимости загоняют в специальные ангары для отогрева шихты в зимнее время. Первым этапом производства служит подготовка шихты. Поступивший на предприятие уголь сортируют на разные по составу и свойствам группы. Затем материал подвергают дроблению, и перемешивают.
Операцию по дозировке шихты выполняют при помощи специальных весов, работающих в автоматическом режиме. Шихту в обязательном порядке обогащают путем мытья, обеспыливания, грохочения, флотации. Это дает возможность убрать из шихты ненужные примеси. Шихту после обогащения тщательно просушивают, затем дробят для получения фракций диаметром в 6 мм. На хранение полученный материал помещают в специальные угольные башни с накопительными бункерами.
Для отправки готового сырья в коксовые батареи используют загрузочные вагоны, имеющие засыпной способ погрузки. Коксовые батареи сформированы из нескольких технологических камер, объединенных в систему для непосредственного изготовления конечного продукта.
Сооружение обладает внушительными габаритными размерами. Длина от 13 до 15 метров, высота 5-5,5 метров, ширина до 0,5 метра. Внутренние стены облицованы огнеупорным кирпичом. Солидные размера камер позволяют создать условия для достаточно быстрого технологического цикла.
Камеры имеют верхнюю загрузку через люки, а для отвода газов предусмотрены торцевые дверки. Конечный продукт выталкивают по рельсам при помощи специальной машины. Раскаленную массу принимает специальный тушильный вагон. Важнейшим условием получения качественного кокса является абсолютное исключение попадания в коксовые камеры воздуха. Добиться этого удается путем строгого соблюдения технологии производства.
На начальном этапе осуществляется отделение из массы сырья влаги и газов. При этом шихта начинает плавиться, а ее объем уменьшается. При дальнейшем повышении рабочей температуры наблюдается увеличение объема из-за выделения пара и газов. После этого шихта приобретает твердость, формируется «пирог». Газы выходят по специальным отводам в газосборные камеры.
Технологический процесс длится от 14 до 17 часов в зависимости от размеров рабочей установки, состава применяемой сырьевой смеси, рабочей температуры. После очистки камер посредством выталкивателя герметичные двери закрываются, и установка готова к загрузке новой партии шихты.
Готовый продукт нуждается в тушении, поскольку при контакте с воздухом происходит процесс самовозгорания. Тушильные вагоны перемещаются в специальную башню, где происходит гашение кокса при помощи воды. После этого материал высыпают на бетонную площадку-рампу. Около 20 минут требуется для того, чтобы масса остыла. Следующим этапом является перемещение кокса на сортировку при помощи транспортерных лент.
Попутные продукты
Смесь пара и газов, выделяющихся при нагревании шихты в коксовых камерах, именуют прямым коксовым газом. В результате выпуска из камеры 1000 кг кокса в полученном прямом газе содержится:
В течение длительного периода времени это был единственный источник получения бензольных углеводородов, применяемых в качестве основы для органического синтеза. Переработка других попутных отходов позволяет получить около 3 сотен сложных химических соединений.
Особенности нефтяного кокса
Исходным сырьём в данном случае служат отходы от термической переработки основного продукта. В зависимости от содержания серы выделяют:
Отличительной чертой нефтяных коксов служит наличие четкой маркировки для каждого типа топлива, которая определяет назначение материала.
Кокс, предназначенный для изготовления анодов и анодной массы, отмечен маркировкой КЗА. При его производстве применяется технология медленного коксования, а размер фракций на выходе колеблется в пределах от 8 до 250 мм. Топливо необходимо для технологического цикла в производстве алюминия.
Важной сферой применения нефтяного кокса служит производство карбидов кальция и кремния, востребованных в машиностроительной отрасли, строительном производстве, изготовлении защитных пленок.
При производстве нефтяного кокса применяют замедленный процесс в условиях низкого давления с границами рабочих температур от 480 до 560 градусов. На выходе помимо основного продукта (нефтяного кокса) получают:
Сложная технология предполагает применение трех разных типов рабочих установок. В мировой практике чаще всего используют замедленное (полунепрерывное) коксование в специальных установках, функционирующих в условиях атмосферного давления. Востребованность кокса различных типов в металлургии, химической промышленности и других отраслях предполагает рост объемов производства.
Кокс: виды и применение
С развитием технического прогресса возможности классических видов топлива перестали отвечать требованиям мануфактур. А поиски новых решений привели к тому, что уже в середине 18 века промышленники научились перерабатывать породы угля с высоким содержанием углерода и изготавливать качественно новый продукт повышенной прочности – кокс.
Кокс представляет собой твердый вид топлива, получаемый при нагреве природного горючего до высоких температур. Современное оборудование позволяет производить несколько видов кокса, используя разные исходные материалы и режимы горения.
Виды кокса
Сегодня необходимые для образования кокса температуры без труда нагнетаются в специализированных печах. Это дает возможность изготавливать кокс как из угля, так и из нефтепродуктов. В зависимости от состава и качества базового сырья, а также от техники переработки, можно получить несколько разновидностей продукта:
В целом каменноугольный вид можно охарактеризовать, как твердое, пористое вещество серого цвета, получаемое в процессе сухой перегонки каменного угля. Однако в зависимости от разновидности и назначения, характеристики будут меняться.
По качеству получаемого сырья доменный кокс считается лучшим вариантом из всех разновидностей каменноугольного. Содержание серы в этом продукте составляет 2 %. Доменный или кузнечный кокс правильной консистенции имеет куски размером 25-80 мм. Допускается присутствие примеси из гранул меньшей фракции, но их количественное соотношение не должно превышать 3% от общей массы вещества.
Литейный кокс отличается от доменного преобладанием более крупных кусков: от 60 мм. А также меньшим содержанием серы: до 1 %.
Бытовой кокс наименее прочный из всех разновидностей, что не мешает ему пользоваться постоянным спросом. Больше чем бытовой, востребован мелкий кокс или орешек. В промышленных масштабах используют кокс с фракцией 10-25 мм.
Особенности производства
Производство нефтяного кокса российскими промышленниками стало осваиваться совсем недавно. Но перспективы этой отрасли пророчат большие. Нефтяной кокс изготавливают из вторсырья. Что делает его производство более выгодным с экономической точки зрения и позволяет рационально использовать природные ресурсы.
В зависимости от используемого сырья, этот вид будет различаться по содержанию серы в готовом продукте: малосернистые (содержат до 1% серы), сернистые и высокосернистые (свыше 2%).
Самой популярной разновидностью считается каменноугольный кокс. Ежегодно в мире производится порядка 400 миллионов тонн этого вещества (из общего количества производимого кокса 600 миллионов тонн).
Качество каменноугольного кокса зависит от состава пласта, из которого был добыт уголь. Например, наличие газового угля приведет к получению кусков более мелкого размера, снизит прочность кокса и повысит пористость.
Повысить прочность можно увеличив температуру плавления. А медленный разогрев и длительное время прокаливания коксуемой смеси позволяют получить более крупную фракцию.
Где используется
Главным заказчиком кокса на сегодняшний день остается металлургическая промышленность. На нужды этой отрасли уходит порядка 80 % всего вырабатываемого кокса. Литейная промышленность забирает на себя еще 10 % от общей массы производимого продукта. Около 6 % потребляет химическая отрасль. Оставшиеся проценты распределяются на бытовые, строительные и другие нужды.
Черная металлургия работает с доменным и литейным коксом. Но возможно использование и более мелких фракций. В цветной металлургии преобладает использование видов с более мелкими кусками: мелочь до 10 мм, орешек.
В строительстве пользуется спросом нефтяной, электродный пековый, мелочь, орешек. А также литейный в качестве бездымного топлива, для сушки помещений.
Используют кокс и для очистки воды. Литейная разновидность мелкой фракции позволяет очистить воду от маслянистых примесей.
В более обобщенном виде распределение кокса по областям выглядит так:
Применение
Нефтяной и электродный пековый применяются при производстве сварочных электродов, изготовлении алюминия, огнеупорных материалов и др. В тяжелой промышленности, и в частности машиностроении применяют литейный кокс, отличающийся малым выделением летучего вещества и отсутствием электропроводимости. С его помощью производят стальные сплавы. Кокс мелкой фракции незаменим для изготовления ферросплавов.
Доменный кокс используют при производстве чугуна, с его помощью восстанавливают железную руду и разрыхляют шихтовые материалы.
Химическая промышленность активно применяет кокс при изготовлении таких элементов, как фосфор, кремний, сернистый натрий и другие. Пищевая промышленность обращается к использованию кокса для выработки сахарного песка.
Кокс востребован во многих отраслях промышленности, каждая из которых специализируется на применении продукта определенного «сорта», обладающего особенными техническими и химическими характеристиками. Однако определенная универсальность при классификации кокса все же присутствует. На любом производстве предпочитают работать с сырьем высокой прочности, малой зольности, минимальным содержанием серы и мелких фракций.
Свойства
Кокс представляет собой твердый материал с пористой структурой. Цвет может варьировать от серого до черного.
Основными показателями качества кокса считаются:
Любая разновидность кокса обладает следующими свойствами:
Свойства во многом зависят от соблюдения технологии коксования и состава химических элементов в исходном сырье.
В целом, изготовление кокса довольно трудоемкий процесс, требующий специального оборудования, специализированных знаний и занимающий довольно много времени. Но, в итоге, затраченные ресурсы окупает широкий спектр применения, экологическая, экономическая и рациональная составляющая использования это продукта.
Коксохимическое производство
Современное коксохимическое производство – одна из сфер деятельности химической промышленности в области чёрной металлургии, направленная на переработку природного топлива (преимущественно – каменного угля) с целью получения кокса и целого ряда полезных химических продуктов методом коксования. Такими продуктами выступают: коксовый газ, доля которого в общем объёме выхода составляет 14-15% и 80 наименований или 160 сортов химической продукции с долей выхода составляющей 5-6%.
Термины и определения
Кокс – подразумевает собой целый список веществ, представляющих собой твёрдое, пористое, богатое углеродом, высококачественное топливо, получаемых промышленными методами. Перечень этих веществ-топлив включает в себя:
Полезные химические продукты, получаемые в процессе коксования, включают в себя:
История
Впервые металлургическое использование кокса с целью выплавки чугуна было осуществлено в 1735 году на территории Великобритании. Там же на столетие позже появились коксовые печи. А к концу XIX-го века был освоен процесс улавливания газообразных продуктов коксования.
В России коксохимическая отрасль, как важное звено металлургии и химии, получила бурное развитие с момента установления Советской власти. В 80-ых годах прошлого столетия коксохимическое производство стало оснащаться системами автоматизации, механизации. Важным фактором оптимизации производства стало ресурсосбережение.
А на рубеже II-го – III-го тысячелетий стала производиться выплавка металлов без использования кокса.
Технологические процессы
Прежде чем приступить к процессу коксования, из коксующихся и самостоятельно некоксующихся углей готовят шихту (смесь разнообразных углей). Процесс её подготовки включает в себя обогащение малозольных коксующихся углей, отличающихся незначительным содержанием серы, с целью удаления примесей. Затем их смешивают с некоксующимися углями. Дробят, сушат, доводят на фракционности размером в 3 мм и меньше, чтобы содержание в шихте таких габаритов составляло не менее 95%.
Всё дело в том, что к составу шихты предъявляются высокие требования по содержанию влаги, серы, золы и целого ряда примесей. Вдобавок к этому смесь в процессе термообработки должна получаться заданной толщины и пластичности. Поэтому качество углей (проверяемое в лабораториях) и готовность смеси к процессу коксования проходят тщательную проверку.
После чего в высокопроизводительных кокосовых печах, обогреваемых генераторным, доменным или коксовым газом при температуре, порядка 900-1100 0 С, в течение 14-16 часов производят коксование. Процедуры, завершающейся получением «коксового пирога», выталкиваемого в вагоны для охлаждения водой или азотом, с целью последующей транспортировки.
Немаловажное практическое имеет и сырая газообразная смесь, проходящая процессы улавливания, охлаждения, очистки и переработки. Имея в своём составе пары:
Газ проходит процессы разделения. Образующееся сырьё: бензол в сыром виде, каменноугольная смола и надсмольная (аммиачная вода) перерабатывается. В частности, из надсмольной воды выделяют аммиак, пиридиновые основания и фенолы.
Применение
Наибольшее применение кокс (каменноугольный) получил в металлургии. Здесь его используют в качестве высококалорийного бездымного топлива при выплавке чугуна, также он служит для восстановления железной руды и является разрыхлителем шихтовых материалов. Кроме того, кокс находит применение как ваграночное топливо в процессе литейного производства, служит для бытовых нужд, употребляется в ферросплавной и химической промышленности.
Востребованы также и смежные продукты:
Отраслями использования смежной продукции выступают:
Крупнейшие российские коксохимические производители
Центрами добычи коксующихся углей в России выступают: Донецкий, Кизеловский, Кузнецкий, Печорский и Южно-Якутские бассейны. Объём ежегодной выработки находится на уровне 70 млн. т, а подтверждённые запасы коксующихся углей оцениваются в 47,3 млрд. т.
Освоением этих перспективных месторождений с целью производства коксохимической продукции занимаются такие представители отрасли, как:
Несмотря на трудности, связанные с качеством добываемых в стране и импортируемых материалов, значительными транспортными расходами, в целом наблюдается рост потребности «элитных» сортов кокса. Что объясняется не спадающим спросом на сталелитейную и чугунолитейную продукцию, являющуюся основой современной промышленности.
При достаточном уровне инвестиций и широкомасштабной правительственной поддержке, отрасль имеет все перспективы выйти на более высокий уровень производства, что значительно повысит уровень обеспечения столь важным сырьём другие отрасли промышленности.
Производство кокса: технология и особенности
Что такое кокс? Это стратегически важный продукт, полученный путем термического бескислородного разложения. Подразделяется он на многие виды. Так, выделяют нефтяной и пековый, торфяной и каменноугольный кокс. Но основным из них является последний вид. Именно каменноугольный кокс выступает базовым компонентом доменного производства.
Важный продукт
Что означает слово «кокс»? Морфология данного понятия говорит нам о том, что это горючий твердый остаток, образующийся при термическом безкислородном нагреве некоторых органических веществ, в числе которых уголь (бурый или каменный), нефть, а также торф. Само слово имеет английские корни. Coke означает не что иное, как продукт, полученный путем термического разложения.
Шихта
Для поддержания горения доменных печей требуется большое количество каменноугольного кокса. Данный продукт представляет собой пористую, но в то же время твердую спекшуюся массу. Она получается в результате удаления летучих веществ из каменного угля.
Кокса химическое производство основано на процессе гидролиза. Помимо этого, возможен и сухой перегон каменного угля. Но в любом случае производство кокса связано с нагреванием исходного продукта без малейшего доступа воздуха. Целью гидролиза является отделение углерода от всех остальных веществ, входящих в состав угля. Что представляет собой сырье для производства кокса? Это каменный уголь различных сортов, в том числе жирный и коксовый, газовый и тощий. Называют такое сырье шихтой. Основу данного продукта составляет самый дорогой сорт – коксующийся уголь. На металлургические заводы России шихту доставляют из месторождений Кузбасса, а также Печоры. Богатыми залежами коксующихся углей может гордиться и Якутия. Здесь их добывают на территории Нерюнгри, до которой специально была проведена ветка железной дороги.
В связи со своими масштабами производство кокса требует большого количества сырья. Его доставляют к производственным цехам в насыпных вагонах. Здесь шихту перегружают в огромные башни, в которых специальные механизмы, будто насосы, закачивают поступивший уголь в коксовые колонки. Зимой шихта поступает, как правило, в замерзшем состоянии. И поэтому перед выгрузкой ее отогревают прямо в вагонах, загоняя их в специальные огромные ангары.
Подготовка шихты
Непосредственно само производство кокса начинается с сортировки шихты. Весь уголь, пришедший на завод, разделяется по своему свойству и составу на нужные группы. После этого шихта дробится и перемешивается. Далее следует ее дозировка. Она производится на автоматических весах. После такой подготовки шихта обогащается с использованием обеспыливания, грохочения, мытья, флотации и прочих способов. Все это позволяет устранить из сырья посторонние примеси. После шихта подлежит сушке и поступает на заключительный этап дробления, в результате которого получаются зерна, радиус которых не превышает 3 мм.
Подготовленное таким образом сырье готово для того, чтобы начать производство доменного кокса. Оно перегружается в смесительные агрегаты, а затем поступает в бункеры накопителя, находящиеся в угольной башне.
Коксовые батареи
Готовое сырье, которое необходимо для того, чтобы осуществить производство кокса, высыпается из угольной шахты в бункер загрузочного вагона. После этого оно доставляется в коксовые батареи. Это система, состоящая из нескольких камер, в которых и происходит процесс производства конечного продукта.
Коксовая камера представляет собой сооружение, стены которого выложены огнеупорным кирпичом. Его длина – 13-15 м, ширина – 0,4-0,5 м, высота – 5-5,5 м. Подобные габариты камеры позволяют осуществить процесс производства кокса достаточно быстрыми темпами.
В сводах подобных камер имеется по три-четыре люка с плотно закрывающимися крышками. Они предназначены для загрузки сырья. В торцевых стенах камер также имеются герметичные металлические двери. В процессе того, как образуется кокс, производство требует отвода появляющихся при этом газообразных продуктов. Это также предусмотрено в конструкции камер. В своей верхней части они имеют специальные стояки, по которым летучие вещества попадают в газосборник.
В то время, когда осуществляется производство кокса, технология процесса требует значительного обогрева камер. Для этого между ними конструируют специальные простенки. Они представляют собой целую систему отопительных каналов, по которым перемещаются горячие газы. В результате происходит обогрев стенок камер. В нижней части сооружений для производства кокса размещены регенераторы. Они необходимы для подогрева камер газами, подаваемыми через газопроводы, а также теми, которые отходят из воздуха.
Прогрев шихты
Над коксовыми камерами располагается рельсовый путь. По нему перемещается загрузочный вагон. С него шихта через люки попадает в камеру. Это происходит благодаря расположенным на вагоне специальным механизмам, которые могут откручивать, а затем и закрывать герметичные крышки.
По рельсовому пути, расположенному вдоль одной из сторон камеры, передвигается специальная коксовыталкивательная машина. Именно она подходит к боковым дверям и вскрывает их. Далее это устройство выталкивает полученный кокс. С другой стороны к камере подходит тушильный вагон. Он принимает раскаленный продукт и транспортирует его в зону, находящуюся под башней для тушения, выгружая затем на рампу.
Образование конечного продукта
Все производства металлургического кокса строго соблюдают технологические процессы, которые требуют не допустить попадания воздуха в камеру. Как это происходит? Процесс получения кокса начинается сразу после того как загрузочный вагон поставляет отмеренную дозу шихты в камеру. При этом происходит закрытие ее люков и включение подогревающих устройств.
Что происходит на начальном этапе, когда осуществляется производство кокса? Технология процесса на первой своей стадии предусматривает выделение из готового сырья газов и воды. После этого происходит плавление и оседание шихты. Дальнейшее повышение температуры приводит к вспучиванию данного промежуточного продукта. Это происходит в связи с дальнейшим выделением газов и паров. Далее шихта постепенно отвердевает. Что представляет собой последняя стадия процесса, в результате которой получается кокс? Производство этого продукта осуществляется при растрескивании и усадке спека. В итоге происходит образование так называемого коксового пирога. Все фракции, имеющие парогазовую форму, отводятся по стоякам в газосборник.
Процесс нагрева шихты в камерах идет от ее нагреваемых стенок к центру. В связи с малой теплопроводностью сырья в различных местах стадии коксования находятся на разных этапах.
Весь процесс образования кокса длится от 14 до 17 часов. Его продолжительность зависит от температуры сгорания шихты, ее состава и размеров камеры.
После завершения технологического процесса производства кокса выключаются нагревательные устройства и перекрываются стояки. К дверям коксовой камеры подходит выталкиватель, с помощью которого полученный продукт выгружается в тушильный вагон. Таким образом и происходит освобождение печи. После этого выталкиватель навешивает герметичные двери и отправляется по рельсам к следующей камере. Туда же следует и загрузочный вагон. Он открывает люки и загружается новой дозой переработанной шихты.
Доставка продукта в башню
Полученный в камерах кокс необходимо подвергнуть тушению. Ведь после его соприкосновения с воздухом происходит самовозгорание. В тушильном вагоне кокс доставляется в башню, где он окончательно гасится водой. Далее продукт высыпается из вагона на наклонную бетонированную поверхность, называемую рампой. Здесь в течение двадцати минут происходит его остывание. После этого кокс при помощи транспортеров поступает на сортировку.
Попутные продукты
Производство кокса невозможно без выделения летучих веществ. Они представляют собой смесь газов и паров. Такие компоненты в совокупности называют прямым коксовым газом. После обработки одной тонны шихты, влажность которой достигает 6 %, получается 270 кг прямого коксового газа. В объемном выражении эта цифра равна 330 метрам кубическим.
В прямом коксовом газе, полученном из одной тонны шихты, содержится:
— около тридцати килограмм каменноугольной смолы;
— 10 кг сырого бензола;
— 3 кг аммиака;
— 5 кг сероводорода;
— 80 кг воды;
— 140 кг обратного газа.
До недавнего времени коксохимическое производство являлось единственным поставщиком, предлагающим бензольные углеводороды. Однако после развития сферы нефтепереработок данные продукты стало возможным получать с меньшими капиталовложениями. Это привело к тому, что доля коксохимического производства в поставках бензольных углеводородов упала до сорока процентов. Данный продукт используют в качестве сырья в процессе органического синтеза. Легкая же его фракция перерабатывается с сырым бензолом.
Другие виды попутных продуктов после их ректификации и обработки химическими реагентами, а также после вымораживания с последующей кристаллизацией дают возможность для получения около трехсот химических соединений высокого качества.
Использование нефти
Это природное вещество, так же, как и уголь, является стратегически важным для нашей страны. Их него осуществляется производство кокса и нефтепродуктов, которые представляют собой:
— топливо;
— церезины и парафины;
— смазочные масла;
— битумы;
— пластичные смазки;
— сырье, предназначенное для основного органического и нефтехимического комплекса;
— прочие продукты.
Нефтяной кокс
Такое словосочетание носит собирательный характер. Под нефтяным коксом понимают продукты глубокой переработки «черного золота». Сырьем для его производства служат компоненты, полученные при первичной переработке нефти. Это гудрон и полугудрон, асфальт и экстракт.
Производство нефтяных коксов происходит одним из двух способов:
— замедленным коксованием, которое осуществляется в необогреваемых реакторах;
— в кубовых установках с применением горизонтальных реакторов обогреваемого типа.
Первый из этих двух способов является самым популярным. С его помощью производят практически восемьдесят процентов этого вида продукта.
Нефтяной кокс в дальнейшем используется при производстве электродов, а также анодных масс и анодов при выплавке алюминия. Находит он применение и в технологических процессах изготовления ферросплавов, абразивов, кремния. Широко задействуют нефтяной кокс в химической промышленности.
Получение данного продукта происходит при низком давлении. При этом поддерживается температура от 480 до 560 градусов. Это позволяет произвести нефтяной кокс и бензины, углеводородные газы, а также керосино-газойлевые фракции.
Процесс коксования представляет собой расщепление всех компонентов, входящих в состав сырья. При этом образуются жидкие дистиллятные фракции и углеводороные газы.
Промышленный процесс получения нефтяного кокса осуществляется с использованием установок трех типов. Помимо периодического коксования в специальных кубах и замедленного процесса в камерах оно может происходить непрерывно в псевдоожиженной массе коксаносителя. Рассмотрим один из них, применяющийся наиболее часто, подробнее.
Замедленное коксование
Данный процесс называют еще и полунепрерывным. Этот способ получения нефтяного кокса наиболее распространен в мировой практике. Он подразумевает такой технологический процесс, при котором предварительно нагретое до 350-380 градусов сырье непрерывно подается на особые тарелки, находящиеся в ректификационных колоннах. Подобные установки работают при атмосферном давлении. Сырье для производства нефтяного кокса стекает по тарелкам и контактирует с парами, поднимающимися из реакционных аппаратов. Результатом такого массо- и теплообмена становится конденсат. Именно он и образует вместе с исходным продуктом вторичное сырье, подлежащее дальнейшему нагреванию до 490-510 градусов в трубчатых печах.
Далее смесь поступает в коксовые камеры. Это вертикально расположенные полые цилиндры, высота которых достигает 22-30 метров, а диаметр – 3-7 м.
Реакционная масса поступает в коксовые камеры непрерывно. Причем этот процесс длится на протяжении от 24 до 36 часов. За это время масса, благодаря удерживаемой ею теплоте, постепенно коксуется. Когда камера заполняется конечным продуктом на 70-90 процентов, его удаляют с помощью обычной струи воды, находящейся под высоким давлением.
Далее кокс помещают в дробилку, в которой измельчается на кусочки, размер которых не превышает 150 мм. После этого продукт с помощью элеватора подается на грохот, сортирующий его на фракции разных размеров. Камера, в которой был получен кокс, подлежит прогреву водяным паром и теми парами, которые подаются из работающих аппаратов. Далее емкость вновь заполняется сырьем.